电机与拖动课程论文

电机与拖动课程论文 题 目:交流电动机调速及其控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 综述 专 业: 机械制造及其自动化专业 班 级: 09级(2)班 姓 名: 学 号: 1 1 0 9 0 9 0 1 1 2 指导老师: 陈 老 师 日 期: 2012 年 6 月 22 日 摘 要 异步电机是交流电机的一种，由于异步发电机在性能上有缺陷，所以异步电机主要作电动机使用。异步电动机按供电电源相数的不同，有三相两相和单相之分。三相异步电动机结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便，当前工农业生产中应用最为普遍的电动机。异步电动机的调速方法可分为两种:变频调速和变压调速，其中异步电动机的变频调速应用较多，它的调速方法可分为两种:变频变压调速和矢量控制法，前者的控制方法相对简单，有二十多年的发展经验。因此应用的比较多。 关键词: 交流调速系统, 异步电动机 1 目录 摘 要.............................................................. 1 1.1 设计的目的...................................................... 3 二 变频器 ......................................................... 3 .1变频器控制原理设计 ............................................ 3 2 2.2变频器控制柜设计 .............................................. 4 2.3变频器接线规范 ................................................ 4 三 交流调速系统概述 ................................................ 5 3.1 交流调速系统的特点 ............................................ 5 四 变频电动的构造原理 .............................................. 5 4.1变频电机的构造原理 ............................................ 5 五 交流异步电动机 .................................................. 5 5.1交流异步电动机变频调速原理 .................................... 5 5.2变频变压(VVVF)调速时电动机的机械特性 ........................ 7 六 PWM技术原理 .................................................... 10 6.1正弦波脉宽调制(SPWM) ........................................ 10 6.2单极性SPWM法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 参 考 文 献..................................................... 13 2 前言 1.1 设计的目的 近些年来，电力电子技术，大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发展创造了有利条件，使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。近代异步电动机调速是集电力电子，微电子及电机等学科与一体的高科技领域，其社会经济效益十分巨大，有专家预言，如果说计算机技术带来的是一场智力革命，那么以交流调速为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的动力自动化将引发一场动力革命。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 二 变频器 2.1变频器控制原理图设计: 1) 首先确认变频器的安装环境; I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0,55?，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40?以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法; I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。 II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。 2) 变频器控制原理图; I.主回路:电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否 3 需要加电抗器;滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 II. 控制回路:具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。 2.2变频器控制柜设计 变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下问题 1) 散热问题:变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损 耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可 靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热;变频器的内装风扇 可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器 运行;大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理， 所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置 形成灰尘堆积;根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇，风扇安装要 注意防震问题。 2) 电磁干扰问题: I.变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。 II.当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。 2.3变频器接线规范 信号线与动力线必须分开走线:使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。 信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部:连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰;同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。 4 三 交流调速系统概述 3.1 交流调速系统的特点 随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。 四 变频电机的构造原理 4.1变频电机的构造原理 电动机的调速与控制，是工农业各类机械及办公、民生电器设备的基础技术之一。随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，正在以其卓越的性能和经济性，在调速领域，引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。它给各行各业带来的福音在于:使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性，目前正以很快的速度取代传统的机械调速和直流调速 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 由于变频电源的特殊性，以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求，对作为动力主体的电动机，提出了苛刻的要求，给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。 五 交流异步电动机 5.1交流异步电动机变频调速基本原理 1(异步电动机的结构参数 2(异步电动机的运行参数 3(异步电动机的输入参数 5 U和f 。 11 异步电动机调速调节转子电阻、定子端电压、磁极对数时的机械特性见图(2) 。 交流异步电动机变频调速时电动机的转速为: 式中:f为电源频率;P为磁极对数;S为转差率。交流异步电动机定子绕组上1 的感应电动势: 式中:N为定子绕组匝数;k为绕组系数;φm为气隙合成磁通。 11 忽略电动机定子绕组的阻抗压降，交流异步电动机的端电压: 6 交流异步电动机的电磁转矩: 式中:C′为电动机的转矩常数;I′ cosφ转子电流有功分量。 T2 从电磁转距公式可知，连续不断地改变送入异步电动机定子端的的供电电源频率f，则可连续地改变异步电动机的同步转速: 。但是若U不变，11则f 上升将会导致的φm下降增加，这样会出现电动机的转子电流有功分量I′1 cosφ的变化;电动机效率η会下降及电动机最大转距T会变化等问题，严重的2m时候会出现电动机的堵转。或者由于f 的减低会使φm增大，导致电机磁路饱1 和使I增大，即电动机的铜耗P、和铁耗P增大。 0CuFe 5.2 变频变压(VVVF)调速时电动机的机械特性 根据电压公式，在忽略异步电动机定子绕组的阻抗压降后可近似的得到: ，要维持φm 不变的情况下，只要U和f 成比例的变化即可，从最大11 转矩公式中可研得知: δ′′在低频段时，由于定子绕组中的X，X，X以及L，L不可忽略，则将会m1δ2δ1δ2增加使得最大转矩T也将随f 的降低而降低就会将使低频段时异步电动机的起m1 动转矩T大大减小。 q 5.3变压变频运行时机械特性分折 7 8 (电压为额定值时改变频率的机械特性 1 电源频率f的改变，对异步电动机产生两方面的影响:一是改变同步转速1 n;二是改变电动机的结构参数。 1 (1)当f 下降时，由于 ，所以f 的下降会造成n上升 111 ′ (2)由于 ，所以f 下降时， X，X，δ21δ1X均会成正比下降。又由于P与f 成正比，所以f下降时会造成X下降。 mFe211m (3)因为励磁电流 由于f 的下降，会使I的变化为非线性，在低频段I将急剧上升。 100 (4)气隙合成磁通φm同是由励磁电流I所产生的。磁通 大0 小大小取决于I的大小以及电动机磁路的状况。由于电动机的磁路一般设计在0 接近饱和的状态，故频率f 下降时，φm 会出现过饱和。这也是I随f 下降101急剧上升的原因。 ′ (5)转子电流I的大小决定于负载的大小。在额定负载下，当f下降时，21 ′φm上升，cosφ上升，所以I会下降。 22 9 ′ (6) 因为定子电流I=I+(-I)，因此当f下降时，I可能会出现变化。10211 在低频段重负载下I上升;在较高频率段轻负载下I下降。 11 7)f的下降对起动转矩T的影响。因为 (1q 当f 处于较高频率段时，随着f的下降T会出现急剧上升;在低频段时随11q 着f的下降T的上升将会趋缓。 1q 六 PWM技术原理 6.1 正弦波脉宽调制(SPWM) 1(SPWM的概念 工程实际中应用最多的是正弦PWM法(简称SPWM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应局部波形下的面积，如图5—2所示。 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图5 3所示;这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。 10 6.2 单极性SPWM法 所谓单极性控制是指在输出波形 的半个周期内，逆变器同一桥臂中的两个开关元件只有一个处于不断切换 的开关状态，另一个则始终处于关断状态。因此，输出波形在任何半周期 内始终为一个极性，单极性控制方式的SPWM波形如图5—4所示，载波信号UT采用单极性等腰三角形波，控制信号UC为正弦波形，利用倒相信号UX来处理两者间的配合关系。当UC,UT时，元件开通;当UC、